Gdy rozważamy czas podtrzymania zasilania przez baterię akumulatorów najczęściej mamy na myśli wartość z zakresu 10-15 minut. W przypadku, gdy na obiekcie zainstalowany jest także zespół prądotwórczy, który w warunkach normalnej pracy wystartuje i przejmie zasilanie w ciągu kilku sekund, pojawia się pytanie: „co zamierzasz, co możesz zrobić w czasie tych 15 minut czego nie zdołasz zrobić w 15 sekund, gdy wystąpi sytuacja awaryjna?”. Jakie jest prawdopodobieństwo, że w czasie 15 minut technicy zdążą wykryć, zlokalizować przyczynę, a w końcu usunąć usterkę? W obiektach typu stosowane są układy nadmiarowe właśnie po to, by zapewnić ciągłość działania nie zrzucając całego „ciężaru” na człowieka, wymagając od niego tak wiele pod presją czasu. Idąc tym tropem niektórzy rozważali instalację baterii akumulatorów o czasie autonomii rzędu 1 minuty. Ale czy tędy droga? Dla stosowanej obecnie technologii ogniw kwasowo-ołowiowych praktyczny minimalny czas autonomii to jednak 5 minut (ze względu na zachodzące wewnątrz ogniwa/monobloku reakcje chemiczne zasobnik „jednominutowy” zajmowałby niemal taką samą powierzchnię jak standardowy „pięciominutowy”).

Należy jednak pamiętać, jak ważnym elementem systemu zasilania awaryjnego i gwarantowanego jest właśnie „magazyn energii” – zarówno ten, w który wyposażony jest zasilacz bezprzerwowy (UPS), ale również ten będący kluczowym elementem odpowiedzialnym za rozruch silnika spalinowego zespołu prądotwórczego. Nie zapominajmy również o tym, czego tak naprawdę od niego wymagamy – dostępności – to znaczy tego, by w momencie zaniku zasilania, był w stanie od razu dostarczyć pełną moc do zabezpieczanych odbiorów. Niestety według wielu analiz najwięcej awarii magazynu energii w postaci baterii akumulatorów pojawia się w pierwszych 10 sekundach od momentu ich wejścia do pracy – a jednocześnie wykrycie tej usterki z wyprzedzeniem jest praktycznie niemożliwe.

Ale co w praktyce jest „nie tak” z baterią akumulatorów?

Odpowiedź jest stosunkowo prosta – wszystko jest w porządku – pod warunkiem, że jest ona prawidłowo dobrana, zainstalowana, obsługiwana/serwisowana i okresowo wymieniana.

Z pojedynczych akumulatorów (monobloków) budowane są gałęzie szeregowe bądź szeregowo-równoległe (szeregowe – dla uzyskania odpowiedniego poziomu napięcia, równoległe w celu uzyskania możliwości poboru większego prądu – a co za tym idzie mocy baterii). Baterie akumulatorów powinny być budowane z ogniw tego samego typu i najlepiej by pochodziły z tej samej serii produkcyjnej. Nawet niewielkie różnice w parametrach poszczególnych ogniw powodują ich niejednakową pracę, co bezpośrednio pogarsza parametry całej gałęzi. Pewnego rodzaju problem stanowi także wymiana jedynie uszkodzonych akumulatorów – gdyż zastąpienie ich nowymi sprawia, że mają one już nieco inne od pozostałych, sprawnych monobloków parametry wewnętrzne (inny jest stopień zaawansowania procesów starzeniowych, skorodowania płyt, inna jest rezystancja wewnętrzna i dynamika zjawisk elektrofizycznych i chemicznych zachodzących w ich wnętrzu). Zatem bezpieczniej jest wymienić całą gałąź bądź „podmienić” jej uszkodzone elementy sprawnymi monoblokami o podobnym okresie użytkowania (ale to wymaga szczegółowych pomiarów). Ponadto baterie akumulatorów powinny być zabezpieczone przed nadmiernym prądem rozładowania i skutkami zwarć zewnętrznych – rezystancja pojedynczego monobloku jest bardzo mała zatem w przypadku wystąpienia zwarcia popłynie przez nią prąd o dużej wartości, który może być groźne w skutkach zarówno dla osób obsługi (wytopienie elementów obwodu zwarciowego, rozbryzg roztopionego metalu, łuk elektryczny), jak również dla samej instalacji i innych urządzeń. Stosowanie gałęzi równoległych pomimo wielu zalet jak np. ułatwienie serwisowania (wymiany akumulatorów w innej gałęzi bez odłączania całej baterii) posiada również wady. Podstawową „niedogodnością” jest nierównomierny rozpływ prądu, głównie prądu ładowania pomiędzy poszczególnymi gałęziami, co powoduje z kolei nierównomierny postęp procesów starzeniowych. Według EUROBAT (zrzeszenie europejskich producentów akumulatorów) maksymalna ilość gałęzi równoległych dla akumulatorów typu VRLA nie powinna przekraczać czterech. Dobierając baterię powinniśmy kierować się także wymaganym/założonym okresem eksploatacji – oczekiwanym czasem podtrzymania zasilania, po na przykład 10 latach, a nie w dniu zakupu, a to z kolei skutkuje jej 20-25% przewymiarowaniem (wymiana przed spadkiem pojemności poniżej 80%). W ten sposób wchodzimy już w zagadnienia „teorii odnowy urządzeń” (przedmiot akademicki). Ponadto w pomieszczeniu baterii akumulatorów musimy zapewnić także stałą temperaturę i odpowiednią wentylację.

Podsumowując: magazyn energii w postaci baterii akumulatorów nie jest złym rozwiązaniem, gdy na starcie wiemy czego oczekujemy a podczas eksploatacji właściwie o niego dbamy.

Jak na tym tle wypadają zasobniki elektromechaniczne w uproszczony sposób przedstawia poniższa tabela:

Porównanie – vs „


Zasobniki elektromechaniczne mają więcej zalet w aplikacjach typu tandem zespół prądotwórczy/UPS – dla większych obiektów (np. Data Center) – minimalizacja zajmowanej powierzchni, łatwość obsługi, ale również tam, gdzie nieistotny jest długi czas autonomii, a jedynie konieczność przejęcie zasilania podczas mikro-przerw i krótkich przerw w zasilaniu nie przekraczających kilku/kilkudziesięciu sekund. Istnieją również aplikacje, gdzie w tandemie pracują elektromechaniczne zasobniki i baterie akumulatorów – te pierwsze przejmują zasilanie zaraz po zaniku napięcia w sieci, a te drugie dopiero w momencie „ustabilizowanej” pracy co przekłada się na wydłużenie niezawodności ich działania. Ponadto zasobniki tego typu z powodzeniem zastosować można także w kontenerowych rozwiązaniach modułowej infrastruktury elektrycznej.

Ostateczny wybór technologii w jakiej wykonany będzie „magazyn energii” systemu zasilania gwarantowanego powinien być w każdym przypadku indywidualnie i dogłębnie przemyślany.

Dla zainteresowanych:

– Ian F. Bitterlin „Flywheel Energy Storage: an alternative to batteries in UPS Systems”, Prism Power Ltd., Watford, UK
– J. Wiatr, M. Miegoń „Zasilacze UPS oraz baterie akumulatorów w układach zasilania gwarantowanego” DW MEDIUM, Warszawa, 2008
– J. Świątek, B. Maranowski „Eksploatacja baterii kwasowo-ołowiowych w skrajnych
warunkach termicznych” Elektro-Info nr 6, czerwiec 2011 (95)
– J. Wiatr, M. Orzechowski „Wymagania dotyczące wentylacji pomieszczeń z
akumulatorami stosowanymi w układach zasilania gwarantowanego” Elektro-Info nr
7/8, lipiec-sierpień 2011 (96)